小卫星的创举——“立方体”纳星

纳型卫星在上个世纪也有所发展,但应用上大都停留在简单空间飞行实验,用处很有限,皮星更多是作为一种概念性存在,主要为教学与筒单元部件实验服务。随着"立方体"纳星的诞生,小卫星应用如同"井喷"迅猛发展。美国航宇局的立方体会战1999年,美国斯坦福大学的汤姆肯尼教授对皮星提出新的设计概念:     

小卫星编队飞行及其轨道构成

由若干颗小卫星编队飞行组成一个分布式卫星 ,其功能相当或超过一颗大卫星 ,也称为虚拟卫星 ,这将开拓小卫星一个完全崭新的应用领域。文章首先论述编队飞行概念和轨道构成 ;其次讨论虚拟卫星可能的应用实例。     

现代小卫星的新创举——立方体纳型卫星

小卫星中最不引人注意的皮型卫星(Picosat),1999年重新被定义为立方体星(CubeSat),即质量为1kg、体积约为10cm×10cm×10cm的正立方体星。由若干颗立方体星可以组成纳型卫星(Nanosat)。近几年来,这2种卫星得到飞速发展,并且在分布式空间系统中获得了非常成功的应用。例如:采用50～100颗立方体星,每颗质量8kg,可以实现全球覆盖,同时还可以获得高空间分辨率(2～3m)和高时间分辨率(重访时间15～45min),其经济成本仅为1亿多美元,相当于目前1颗对地观测大卫星的价钱。     

卫星编队飞行技术的进展及建议

20世纪90年代,基于卫星技术的编队飞行(也称编队飞行卫星群、伴随卫星群和虚拟卫星等)概念受到重视。美国航宇局(NASA)把编队飞行及其相关技术视为下一代可用的关键技术,相继开展了地球观测-1(Earth Observing-1,已于2000年11月21日成功发射,     

未来“拼”星去太空

小卫星在各领域得到广泛应用,从单颗小卫星,到小卫星星座和分布式小卫星系统编队飞行,从小卫星采用全新的推进剂等先进的技术,到采取创新的设计思想,未来小卫星将有优于大卫星的功能和成本效益,其发展前景将无法估量。未来小卫星技术发展原则科学家预测,小卫星的未来发展将有十大原则:一、更换小卫星信息结构,时刻保持和快速发展的信息与计算机技术同     

椭圆轨迹编队飞行轨道分析

国际航天界在探讨小卫星的应用过程中产生了8虚拟卫星9的新概念2这种虚拟卫星是由若干颗按一定的队形飞行的小卫星构成:这种编队飞行的卫星星群的轨道设计;轨道演变及控制是一个重要的研究课题:文章针对椭圆轨迹的编队飞行2直接利用轨道的分析理论研究了轨道的特征;轨道摄动的影响以及轨道控制方法和所需的速度增量:     

应用虚拟结构的卫星编队飞行自适应协同控制

针对卫星编队飞行协同控制存在质量、转动惯量不确定性及外部扰动的问题,提出了一种应用虚拟结构的卫星编队飞行自适应协同控制方法。首先,通过对虚拟结构模型的描述,建立了虚拟结构状态变量与编队卫星期望状态之间的表达式;其次,设计了编队卫星和虚拟结构的位置、姿态自适应协同控制器,通过在虚拟结构控制器中引入编队卫星的状态误差,实现了编队信息至虚拟结构的反馈,并采用Barbalat引理证明了闭环系统的稳定性和对有界扰动的抑制:最后,以三星编队协同轨道机动和空间指向性偏转为例对所设计的控制器进行了仿真验证。仿真结果表明:设计的控制器能够实现对编队卫星质量和转动惯量的自适应估计,使得编队卫星位置和姿态控制误差最终趋近于零,验证了所提方法的有效性。     

超精密微牛级微波离子推进技术及其在卫星超精度控制中的应用研究

空间技术的快速发展使得利用空间卫星的编队飞行构建大型空间星座成为可能，在引力波探测、射电望远镜编队、星座组网等任务方面具有重要作用。超精度控制是实现卫星高精度编队飞行的关键技术。推进系统是实现卫星编队长期高度稳定飞行的保证，从而实现内部科学装置的正确运行。不同于常规的推进系统，卫星精密编队超精度控制对推进系统的推力可调范围、分辨率、响应时间、推力的一致性等有着极高的要求。根据卫星精密编队任务需求，对微牛级推进系统的功能及技术要求进行了分析，提出了基于M2微波离子推力器的卫星超精度控制推进系统。阐述了M2超精密微牛级推进系统的关键技术和研究进展，为后续M2推力器在无拖曳控制方面的应用奠定了基础。     

基于ADDPG策略的超立方体卫星编队控制

针对大规模卫星高精度编队控制问题，提出了一种基于吸引法则的深度确定性策略梯度控制方法(attraction-based deep deterministic policy gradient, ADDPG)。首先阐述了超立方体拓扑编队拓扑构型特性，建立了卫星编队动力学模型，设计了超立方体卫星编队虚拟中心用于衡量编队整体飞行状态。为解决无模型深度强化学习的探索和扩展平衡问题，设计了ε-imitation动作选择策略方法，最终提出了基于ADDPG的卫星编队控制策略。算法不依赖于环境模型，通过充分利用已有信息，可以降低学习模型初期探索过程中的盲目试错。仿真结果表明ADDPG策略以较少的能量消耗达到更高的精度，相比知名算法在加快编队收敛速度的同时，误差减少5%以上，能量消耗减少7%以上，验证了算法的有效性。     

基于InSAR任务性能要求的编队轨道构型设计

为使卫星在飞过特定经纬度地面上空时对应特定的空间基线形式,系统的其他参数常受制于诸多限制,只有编队构型可以进行更为自由的设计。以双星编队为例,研究了基于轨道摄动理论的编队飞行模型;分析了编队飞行InSAR卫星的轨道设计约束条件与设计目标;提出了四种轨道构型方案并对其测高性能进行比较;并分析了地球扁率摄动因素对编队构型及InSAR测高性能的影响。     

纳米卫星将为微小卫星的发展开辟道路

□□美国航宇局 ( NASA)与一些厂商及大学一起实施的“新千年计划”要研制 1种超小型的纳米卫星 ,而且通过这个计划要达到两个目的 :第一是要制造出应用于下一代卫星上的各种新的微小型器件 ;第二是开发新技术 ,使美国公司在国际空间竞争中处于领先地位。1　纳米卫星NASA要研制的纳米卫星是一种尺寸不大于生日蛋糕的超小型卫星 ,价格低廉 ,可用于执行科学探测和地球遥感等任务。该星要在美国微小卫星的研制中起带头作用 ,闯出一条新的路子。它设计成可按一定的形式编队飞行 ,形成 1个星座 ,而且卫星之间需要相互交换信息。这种八边形卫…     

纳卫星热系统的在轨动态特性分析与建模

纳卫星热系统是在复杂空间热环境下实现纳卫星被动热控制任务的基本技术途径,对其进行在轨动态特性分析与建模对纳卫星的热控方法与效果研究及评价具有重要意义.通过详尽的机理分析建立了描述纳卫星热系统在轨飞行过程中瞬态温度变化的3维非线性动态特性模型,阐述了与之配套的外热流分析与轨道运动计算方法,并以一太阳同步轨道纳卫星为例,对其飞行过程中的外热流变化、在轨温度变化响应等动态特性进行了详细的分析和讨论,为进一步深入研究纳卫星热控制、热管理理论及技术提供了简便的分析计算模型与方法.      

现代小卫星最突出的成就

传统小卫星经历将近20多年历史,技术水平不断提高,应用向全方位扩展。分布式系统是小卫星应用最大的特点,特别是小卫星编队飞行更是空间技术在应用领域一个创举,也是空间技术今后一个重要发展方向。高分辨率对地遥感小卫星在空间遥感方面的应用主要是通过小卫星获得地球环境有关信息。表示这些信息技术水平有几个指标,分别是空     

星载InSAR空间基线指向优化与设计

分布式卫星SAR系统是近年来受到广泛重视的一种新的雷达成像手段,其中分布式InSAR充分利用编队星座卫星间构成的空间基线进行干涉测高,从而实现立体成像.在InSAR系统设计中,解决好编队星座的设计问题是实现高性能成像的前提和保证,合理的星座构形设计有助于提高测高精度,从而获得高品质的雷达成像效果.从InSAR测高精度分析结果入手,由飞行力学角度阐述星间相对运动对测高精度产生的影响,并基于分析结果给出了一种有别于现有星座的特色编队构形,并对其性能进行了初步分析.      

皮纳卫星应用与特点分析

皮纳卫星是指质量为千克级、以微机电系统(MEMS)技术为基础的小卫星。其中纳卫星一般指质量在10kg以下的小卫星,皮卫星一般是指1kg以下的小卫星。皮纳卫星具有成本低、研制周期短、发射灵活等突出优点,能通过组成星座、编队或卫星群完成单颗大卫星难以实现的任务,在研发和应用上具备一定的优势:如飞行机会更多,从而促进科学技术的更快转化和应用;任务种类多样,从而可产生更多的潜在用户;技术门槛相对较低,能促进更多高校和小企业参与,从而促进航天领域的技术创新和发展。     

分布式空间系统——小卫星内藏大乾坤

"寸有所长,尺有所短",不管现代小卫星有多少优点,同样也存在某些缺点。比如:单颗小卫星有效载荷质量和功率有限;对单点故障敏感;短期运行寿命和高风险;难以找到廉价可行的发射工具(相对大卫星而言,每千克发射费用高)。如何扬长避短呢?在应用上,通过采用分布式空间系统,就能克服小卫星的种种弱点,让小卫星应用焕     

基于对偶四元数的编队飞行卫星相对位姿描述

为统一描述编队飞行卫星中主从星的相对位置和姿态参数,利用对偶四元数,建立编队飞行卫星运动学模型,分析其物理意义,提出了基于对偶四元数的编队飞行卫星相对位姿描述的划船算法,并利用这一算法解算出相对位置和姿态参数,突破了传统方法中将卫星轨道和姿态分而治之的方式。仿真结果表明该算法科学合理,能够有效描述编队飞行卫星间的相对位置和姿态。     

绳系卫星部署阶段的动力学分析

绳系卫星系统部署阶段末时刻状态决定着其编队飞行的初始状态，为了研究不同因素对绳系卫星系统部署阶段运动的影响，本文建立了一种简单的平面哑铃模型，将系绳视作有阻尼的弹簧，两个卫星视作刚体，考虑重力梯度力矩。通过仿真，发现系绳释放的速度和副星推力是影响绳系卫星系统部署阶段稳定性的主要因素。     

输入受限的编队卫星分布式姿态协同控制

研究了跟踪时变参考姿态情况下的编队飞行卫星协同控制问题,提出了一种非线性饱和的分布式协同控制器。在控制器中引入了一个双曲正切函数向量,保证了连续控制输入的有界性。采用Barbalat引理对姿态跟踪情况下闭环协同控制系统的稳定性进行了分析,得出了系统渐近稳定的结论。通过对各种条件下的仿真,验证了算法的有效性,并确立了编队卫星信息流图的拓扑结构和控制器增益等因素与暂态过程中相对姿态保持性能的关系。     

编队飞行的小卫星精确定轨方法的研究

针对编队小卫星间的相对飞行特点，在Hill方程描述编队飞行小卫星间相对运动的基础上，提出利用星间无线电测距的相对自主定轨，来获得环绕小卫星精确轨道的卫星定轨方法。通过具体仿真计算，并与小卫星GPS自主定轨方法相比较。仿真结果表明，此方法确实有效。